關(guān)于召開 2024 山西省煤炭學(xué)會煤礦智能化委員會年會暨千人智庫科創(chuàng)服務(wù)站工作會的通知

摘要：針對同煤集團(tuán)收購兼并的中小礦井生產(chǎn)分散規(guī)模小，技術(shù)落后，安全狀況差，回收率低等狀況，通過應(yīng)用先進(jìn)綜合技術(shù)，快速地實(shí)現(xiàn)了中小礦井安全高資源回收率開采，形成了一套具有高技術(shù)支撐平臺的中小礦井資源整合和水平提升技術(shù)體系。

關(guān)鍵詞：先進(jìn)綜合技術(shù)； 中小礦井； 高效高回收率； 安全開采

1 前言

2003年底同煤集團(tuán)整合兼并了大同、朔州和忻州的19座地方中小煤礦，組建了晉北大型煤炭能源企業(yè)——大同煤礦集團(tuán)有限公司，主要開采大同、寧武煤田侏羅紀(jì)、石炭二疊紀(jì)煤炭資源，煤田總面積6157km²，煤炭總儲量為892億t。中小煤礦資源條件復(fù)雜，普遍存在礦井基礎(chǔ)設(shè)施簡陋、生產(chǎn)技術(shù)落后、回收率低、安全保障程度低的狀況。通過對相關(guān)礦井不同的基礎(chǔ)條件進(jìn)行全面歸納分析研究，以大幅度提高回收率，堅(jiān)持機(jī)械化改造為核心，制定并實(shí)施了不同的技術(shù)提升方案，最終形成了具有高技術(shù)支撐平臺的中小礦井整合、技術(shù)提升成套開采技術(shù)體系，快速的實(shí)現(xiàn)了中小礦井向安全高效高資源回收率的現(xiàn)代礦井過渡，提高了中小礦井生產(chǎn)能力和社會經(jīng)濟(jì)效益。

2 中小礦井技術(shù)特征

2.1 開采技術(shù)落后

19座地方煤礦共有137個工作面，僅有13個高檔工作面，其余為“刀柱、巷采、倉房、高冒”式工作面。杏溝礦8個炮采、7個炮掘工作面年產(chǎn)60萬t；東周窯礦5個井口出煤，年產(chǎn)25萬t。礦井產(chǎn)量大于100萬t/a的僅有青磁窯礦，生產(chǎn)能力最小的石門礦，僅為9萬t/a。19座礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力總計(jì)990萬t/a，2002年礦井實(shí)際產(chǎn)量僅有717萬t。采區(qū)回收率平均26.6%，資源浪費(fèi)嚴(yán)重。附技術(shù)提升前中小礦井基本情況表1。

2.2 安全保障程度低

部分礦井采用自然通風(fēng)、串聯(lián)通風(fēng)方式，通風(fēng)能力不足，通風(fēng)設(shè)施不完善，風(fēng)機(jī)陳舊。無安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，高瓦斯礦井無瓦斯抽放系統(tǒng)。多數(shù)礦使用非防爆設(shè)備，災(zāi)害隱患多、抗災(zāi)能力差。

技術(shù)提升前中小礦井基本情況                表1

2.3 基礎(chǔ)設(shè)施簡陋

多數(shù)礦井采用串車提升，所有礦井均無輔助運(yùn)輸設(shè)施，工人勞動強(qiáng)度大，礦井提升能力低。52％的礦井井下使用畜力車、小三輪運(yùn)輸（圖1）。東周窯、馬口礦采用單回路供電系統(tǒng)，陽方口礦使用10kv農(nóng)用電，存在供電隱患。

圖1   落后的運(yùn)輸方式$Page_Split$

3 礦井綜合技術(shù)提升研究

3.1 采煤方法改革

3.1.1 以技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)石炭系特厚煤層綜放開采

大同煤田南陽坡礦開采平均厚度14.5m的石炭系5^#煤層，礦井生產(chǎn)能力15萬t/a，原采用落后的“倉房高冒”開采方法，安全無保證，工作面回收率僅25％。通過技術(shù)論證和系統(tǒng)改造，首采放頂煤工作面配備了自行研制開發(fā)的ZF4600/19/30型低位放頂煤液壓支架，與MG375—W型采煤機(jī)、SGZ—630/220前部運(yùn)輸機(jī)和SGZ—764/400后部運(yùn)輸機(jī)配套。工作面月產(chǎn)12萬t，頂煤回收率70％以上，工作面回收率75%以上，百萬噸死亡率為零，年生產(chǎn)能力由技術(shù)提升前的15萬t提高到目前的120萬t。工作面現(xiàn)場見圖2。

圖2   南陽坡礦綜放工作面

3.1.2  研究開發(fā)“三軟”煤層綜采放頂煤開采技術(shù)

軒崗煤電公司開采寧武煤田,其所屬礦井相對瓦斯涌出量最大15.56m³/t，屬高沼氣礦井。主采煤層均為厚煤層，煤層賦存條件復(fù)雜，厚度不穩(wěn)定，斷層多，普氏系數(shù)0.5～0.7，屬典型的“三軟”煤層條件。由于開采難度大、效率低，礦井處于停產(chǎn)狀態(tài)。通過進(jìn)行“三軟”煤層綜采放頂煤開采技術(shù)攻關(guān)，工作面選用ZF3100/16/26型液壓支架，首次在焦家寨礦成功實(shí)現(xiàn)了“三軟”煤層低位綜放開采，并在梨園河、劉家梁礦進(jìn)行了推廣應(yīng)用。使軒崗煤電公司由原來年生產(chǎn)能力70萬t提升到400萬t，資源回收率提高30％以上。

3.1.3 應(yīng)用企業(yè)專有技術(shù)首創(chuàng)二疊系堅(jiān)硬頂板條件煤層的綜合機(jī)械化開采

王坪礦開采二迭系山西組4^＃煤層，煤層厚度0.4—7m，平均3m。原采用刀柱倉房炮采，木柱支護(hù)，支護(hù)強(qiáng)度小，頂板難以有效控制，工作面月產(chǎn)平均5475t，工作面回收率30％，安全生產(chǎn)無保證。技術(shù)提升改造后，首采1814工作面長120m，走向680m，采高2.8m，設(shè)備選用ZZ4000-1.7/2.5型液壓支架、MG300/690-W型采煤機(jī)和SGB-764/264刮板輸送機(jī)。

由于山4^＃煤層頂板為12m厚的堅(jiān)硬砂巖，首次采用了堅(jiān)硬頂板控制專有技術(shù)對工作面頂板進(jìn)行爆破弱化，使1814工作面得以安全采出，單產(chǎn)和效益得到提高，工作面回收率提高50％以上，實(shí)現(xiàn)了二疊系山西組4^＃煤層整體砂巖堅(jiān)硬頂板條件下綜合機(jī)械化開采。

3.1.4  其他開采方法

王坪礦應(yīng)用短壁綜采技術(shù)，使用MG-250/300-NWD采煤機(jī)，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜地質(zhì)條件下邊角煤的安全開采。

姜家灣礦的7^＃煤層厚度0.9—1.4m，平均1.2m，8^＃煤層厚度1.1—1.5m，平均1.3m。以前由于技術(shù)落后無法采出，資源浪費(fèi)嚴(yán)重。通過裝備兩套薄煤層綜采，工作面長120m，走向1200m，單面月產(chǎn)3.8萬噸，回收率達(dá)到90％，安全水平大幅度提高。

馬口礦11^#—1與12^#—2煤層為近距離煤層，層間距0.4—2.0m，上覆采空區(qū)賦存火區(qū)。利用企業(yè)專有技術(shù)，配置了ZZ5600/16/26綜采支架，使12^#—2層1170萬噸煤炭資源得以采出。

3.2  資源整合與聯(lián)合改造

3.2.1 王坪—小峪礦資源整合與礦井聯(lián)合開采

王坪礦井田面積8.9km²，剩余可采儲量2834萬t，生產(chǎn)能力120萬t/a，地面儲裝運(yùn)系統(tǒng)設(shè)施配套齊全，電氣化鐵路直接與北同蒲鐵路接軌，煤炭外運(yùn)便利。小峪礦井田面積15.1km²，可采煤層有5層，下水平的5^#、8^#煤層尚未開采，剩余可采儲量33400萬t，生產(chǎn)能力120萬t/a，煤炭外運(yùn)條件較差。

通過資源整合，把王坪礦平峒進(jìn)行延伸，采用一個7m直徑、29m深煤倉和一條16°皮帶暗斜井與小峪礦的二水平連接，形成運(yùn)煤系統(tǒng)，另外用一條14°暗斜井連接小峪礦二水平，形成通風(fēng)、運(yùn)料、行人系統(tǒng)。小峪礦二水平產(chǎn)煤通過儲煤倉進(jìn)入王坪礦延伸平峒外運(yùn)。

利用王坪礦的外運(yùn)條件，結(jié)合小峪礦的開采能力優(yōu)勢，整合兩礦煤炭資源，實(shí)施聯(lián)合開采。將兩礦井合為一個井田，統(tǒng)籌規(guī)劃集約化生產(chǎn)，變礦界煤柱為可采資源，增加了可采儲量，形成了500萬t/a的生產(chǎn)能力。發(fā)揮各礦井地面及井下的系統(tǒng)能力，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)勢互補(bǔ)。

3.2.2 東周窯—馬口聯(lián)合技術(shù)改造

兩個礦井有5個出煤井口，年產(chǎn)量不足100萬t。各井口均無獨(dú)立的通風(fēng)系統(tǒng)。將兩礦的煤炭資源進(jìn)行整合，對原有井筒進(jìn)行優(yōu)化利用，形成了年產(chǎn)240萬噸的大型礦井。

3.2.3 協(xié)調(diào)生產(chǎn)布置，平衡采掘關(guān)系，保證礦井持續(xù)發(fā)展

合理進(jìn)行生產(chǎn)部署，及早開拓新盤區(qū)、新煤層、新水平。共開拓新盤區(qū)9個，增加準(zhǔn)備煤量12650萬t，對5對礦井進(jìn)行了開拓延深，增加開拓煤量4300萬T。

3.3 掘進(jìn)與支護(hù)技術(shù)提升

15座中小礦井技術(shù)提升前共有81個炮掘工作面，掘采混合不清，全部采用手工炮掘和三輪、畜力車運(yùn)輸，工作面單進(jìn)水平低。技術(shù)提升共裝備了16套綜掘裝備，24條掘進(jìn)作業(yè)線，取消了54個手工炮掘工作面和全部三輪、畜力車。礦井巷道原采用木柱或木棚支護(hù)，南陽坡礦為裸體巷道，目前已推廣應(yīng)用了錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，滿足了安全生產(chǎn)要求。

3.4 環(huán)節(jié)能力改造

改造前礦井提升多為串車，無輔助運(yùn)輸，部分礦為單回路供電，或使用10kv農(nóng)用電。技術(shù)改造后，具備條件的礦井全部改造為膠帶化運(yùn)輸提升，“大傾角強(qiáng)力皮帶”、“曲線拐彎皮帶”在南陽坡、陽方口、王坪礦得到了成功應(yīng)用。共安裝斜井人車6部，改造礦井地面變電站8座，建立井下變電所18座，電壓等級由原10kv改造為3.5—11萬v，全部實(shí)現(xiàn)了雙回路供電。礦井生產(chǎn)能力由2002年的930萬t提高到2005年的2060萬t。

礦井綜合技術(shù)提升實(shí)施狀況見表2。

      礦井綜合技術(shù)提升實(shí)施狀況                 表2

3.5 安全保障技術(shù)

針對各礦井通風(fēng)系統(tǒng)不合理，無安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，礦井安全保障程度低，抗災(zāi)能力差的狀況，通過配置安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，完善通風(fēng)設(shè)施，優(yōu)化通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)，降低風(fēng)量漏損，在高瓦斯礦井建立抽放系統(tǒng)等，提高了礦井抗災(zāi)能力?，F(xiàn)已投入安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)12套，新建瓦斯抽放系統(tǒng)4套，調(diào)整了11個礦通風(fēng)系統(tǒng)，增設(shè)專用回風(fēng)巷16條，更換礦井主扇12臺，改造通風(fēng)巷道2萬余m。

4 應(yīng)用情況

該綜合技術(shù)現(xiàn)已應(yīng)用在王坪、陽方口、南陽坡、焦家寨等19對礦井，共配置了17套綜采裝備和13套綜掘裝備，取代了效率低安全差的倉房高冒式等落后的開采方法，提高了生產(chǎn)效率，改善了采掘現(xiàn)場的生產(chǎn)環(huán)境，使中小礦井總體生產(chǎn)能力由1375萬t/a提高到2450萬t/a，凈增1075萬t/a，是技術(shù)提升前的1.8倍。礦井資源回收率提高30%以上，工作面資源回收率提高50%。煤炭年產(chǎn)量由2003年的492.5萬t提高到2004年的1670萬t，凈增1177.5萬t?？焖俚貙?shí)現(xiàn)了中小礦井向現(xiàn)代化、集中化、安全高效高資源回收率開采的過渡，大幅度提高了中小礦井生產(chǎn)能力和社會經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)論

5.1 在大同煤田研究成功了石炭二迭系低位放頂煤開采新技術(shù)，為石炭二迭系特厚煤層應(yīng)用低位放頂煤開采技術(shù)做了開拓性的工作。

5.2 在寧武煤田研究成功了“三軟”煤層低位放頂煤綜放開采新技術(shù)，形成了石炭二迭系“三軟”煤層高效、高回收率安全開采成套技術(shù)。

5.3 研究形成了一套具有高技術(shù)支撐平臺的中小礦井資源整合和水平提升技術(shù)體系。

5.4 發(fā)揮國有大型煤炭企業(yè)技術(shù)、裝備和人才優(yōu)勢，使中小礦井在短期內(nèi)大幅度提升技術(shù)與裝備水平，改善安全狀況，提高生產(chǎn)能力和回收率，步入正規(guī)化礦井，開創(chuàng)了新的途徑。

作者簡介：

王愛國，男，1988年畢業(yè)于山西礦業(yè)學(xué)院采礦工程專業(yè)，現(xiàn)同煤集團(tuán)技術(shù)中心從事煤礦科研工作，高級工程師。